岩土CT图像中裂纹的形态学测量

利用计算机层析成像（CT）技术提供的岩土体损伤破裂演化图像，定义每一点的CT数变化量为该像素点CT数与其后紧邻的同行像素点、其下紧邻的同列像素点的CT数差的绝对值中的较大值。根据CT数在扫描断面上的分布规律，设定了提取疑似裂纹区的像素点CT数变化量标准值ξ=20，进行了疑似裂纹区的检出操作。并对其上的几何信息和CT数信息进行了统计，接着定义了裂纹长度和宽度，利用该参数对裂纹尺寸进行了计算。该工作对于推动岩土工程CT图像定量化描述具有一定意义。     

三轴应力下致密砂岩裂纹展布规律及表征方法

利用三轴试验机和CT扫描设备,开展了多组不同围压作用下的致密砂岩三轴压缩试验及CT扫描试验,得到了不同三轴应力条件下砂岩破坏裂纹的CT图像;利用图像处理技术和统计学原理提取了裂纹展布的几何形态。引入裂纹的宽度、长度、面积和分形维数等几何参数描述了破坏裂纹的空间形貌,分析了不同围压条件下岩石破坏裂纹面积、长度、宽度和分形维数的分布特征,揭示了围压应力对上述裂纹几何特征的影响规律。研究表明：围压应力对破坏裂纹的面积、长度、宽度和分形等几何特征有显著的影响,低围压条件下,裂纹的面积、长度和宽度都较小,随着围压的增加裂纹的面积、长度和宽度也增大,且概率密度分布函数有了明显的差异;破坏裂纹的分形维数随着围压的增大呈指数递减趋势,低围压条件下裂纹的分形维数大,说明裂纹形态复杂,曲线边界粗糙,产生的小裂纹较多,且相互交错分布,形成的裂纹网络结构占据了整个试件二维横截面图。随着围压的增大,破坏裂纹的分形维数减小,说明裂纹形态趋于规则,小裂纹减少,形成了近似直线的光滑主裂纹。     

基于CT试验的混凝土裂纹扩展演化研究

针对混凝土宏观性能指标与破坏特性细观参数之间关系的技术难题,采用工业CT对单轴压缩条件下的混凝土试样进行了CT扫描试验;利用图像处理技术对混凝土CT图像进行分析,得到不同加载阶段混凝土孔隙和裂纹的三维细观模型及孔隙率变化规律。运用分形理论建立了CT图像分形维数计算模型,对混凝土CT图像分形特征进行了研究。结果表明:混凝土孔隙体积和分形维数的快速增大是混凝土失稳破坏的预警信息;利用混凝土CT三维重建图像结合分形理论观察研究混凝土裂纹扩展全过程,为有效分析混凝土细观损伤破坏提供了新技术。     

基于X射线CT的混凝土内部裂纹识别研究

利用医用CT设备采集了完整单轴压缩作用下的混凝土断面图像,分别采用阈值分割、聚类和图像差值三种算法提取了混凝土内部裂纹,讨论了三种算法提取混凝土内部裂纹时各自的优缺点,并对裂纹提取结果进行分析和评价。结果表明:阈值分割和聚类算法均难以区分裂纹和孔隙,图像差值算法不仅可以较好地提取裂纹,还能区分裂纹与孔隙;阈值分割和图像差值算法均需要通过大量试验确定合理阈值,聚类算法不需要设定阈值,可以避免选择阈值导致的人为误差;基于差值算法得到的差值图像可以定量描述裂纹的演化过程;随着CT设备的不断发展,图像差值算法将在混凝土细观结构研究中应用越来越广泛。     

基于CT扫描的砂岩主次裂纹扩展特征及影响因素研究

为了研究岩石在压应力条件下主次裂纹的萌生及扩展规律,对砂岩在单轴压缩条件下的破裂过程进行CT扫描试验,分析了砂岩中主次裂纹的形貌特征;同时,定量探讨了砂岩在不同变形阶段主裂纹的表面积和体积以及次生裂纹的分形维数,并运用Image pro plus 6.0和Image J软件计算了砂岩在不同高度位置主次裂纹的长度和数量,...     

冻结裂隙砂岩单轴压缩损伤特性CT试验

对含有预制双裂纹的冻结裂隙砂岩试样单轴压缩细观损伤破坏机理进行了CT动态试验，得到了裂纹萌生、发展、宏观裂纹形成和破坏等不同阶段的岩石损伤CT图像和CT数。研究结果表明，与无预制裂隙的冻结岩石试样相比，已有预制裂纹对冻结裂隙岩石中新裂纹的起裂侮置及贯通性宏观破坏裂纹的形成具有重要影响。预制裂纹的存在导致冻结裂隙砂岩试样的扩容量大于完整冻结试样破坏时的扩容量。     

基于破损演化理论的混凝土CT图像定量分析

通过对混凝土CT图像影像特征的分析可以研究混凝土内部细观结构及裂纹变化的特点,但当前国内对混凝土的CT试验研究很少。将破损演化理论应用于混凝土CT图像的定量分析,利用完整度和破损度的变化分析试样各点的强度变化,解决了CT数分布范围广、不利于定量分析的问题;利用λ–水平完整域和λ–水平破损域实现从细观到宏观分析的过渡;进一步利用λ1–λ2截理的概念从CT图像中分别提取出裂纹区域、骨料区域、砂浆区域以及空气区域。提出量测各区域大小的方法,实现对混凝土各物相的分区描述,并在此基础上探讨破损演化理论在混凝土CT试验研究中的应用前景。     

粉砂岩三轴压缩CT试验过程的分区定量研究

为了充分利用CT数定量地研究粉砂岩三轴应力状态下的损伤演化规律,基于破损演化理论及CT数,提出粉砂岩的破损分区方法,将岩石CT扫描断面分为完整区(2λ-1P)、损伤区(1 2λ-λP)和孔洞裂纹区(10-λP),并定义岩石的孔隙率、损伤率和完整率。分析三轴压缩CT试验过程中粉砂岩孔隙率、损伤率和完整率的变化规律。结果表明,利用提出的方法充分地发挥每个CT数的价值,且能定量地研究岩石的损伤演化规律及其受力过程中应变的局部化;岩石强度及塑性的增大,是由于在围压的作用下,试样只有达到很高的损伤程度,细观损伤裂纹才可以贯通形成宏观裂纹,进而发生破坏;试样两端断面处损伤裂纹出现较晚,破坏突然,且损伤裂纹主要分布在扫描断面的外侧环形统计区域,而试样中间断面处损伤裂纹出现相对较早,损伤裂纹从萌生、扩展到贯通的过程较长,损伤裂纹穿越整个扫描断面。     

基于CT试验的岩体分区破损本构模型

在砂岩单轴压缩CT试验的基础上,定义了岩土材料的安全区、损伤进行区和破损区,对分区的CT阈值标准进行了讨论和经验选定。在此标准下,取得了所有断面在各加载阶段下的分区结果,并以第5扫描断面为例给出了分区的结果。利用数学形态学的图像测量技术对所有断面各区的CT信息进行了检出和统计分析,并对各个区上砂岩CT数随加载过程的变化规律以及破损区产生的条件进行了研究。根据检出的各加载阶段的安全区、损伤进行区和破损区的CT数统计资料,定义了一个基于CT数的统计损伤变量,建立了损伤演化方程,以此为基础建立了可反映砂岩分区破损的本构模型。     

基于单轴压缩CT实验的砂岩破损机制

根据分区描述理论对砂岩单轴压缩CT实验资料在分区域值ξ1=50和ξ2=100的条件下进行了安全区、损伤进行区和破损区的检出,并对各区上的CT数进行统计。根据所定义的统计损伤变量和动态扩展区域上的CT数变化信息,计算得到各加载阶段的损伤变量值、损伤演化率和体应变。利用这些资料对砂岩在该实验条件下的损伤演化规律和细观机制进行分析,验证砂岩损伤演化的阶段性、不均匀性和突发性,从机制上解释损伤门槛值的存在,并最终确定了该门槛值。     

高温后超高韧性水泥基复合材料冲击破碎#br# 分形特征分析

采用了Ф80mm的分离式Hopkinson压杆对经历不同温度（常温、200℃、400℃、500℃、600℃、800℃）后的混杂纤维UHTCC材料进行了三组冲击气压下(0.35MPa、0.45MPa、0.55MPa)的动态压缩试验，收集冲击破碎后的试块进行分形特征分析。利用X-CT和SEM扫描电子显微镜对高温后试样的内部结构进行观测，从微观上解释了碎片分形特征随温度变化的原因。结果表明：UHTCC的分形维数随着冲击气压的增大而增大，耗能能力随着分形维数的增加呈指数式上升。与传统混凝土材料不同，UHTCC的分形维数随着温度的升高而降低，800℃时其分形维数接近于混凝土。UHTCC中PVA和钢纤维的协同阻裂作用改变了裂纹的发展路径，造成断裂面粗糙度增加，这可能是分形维数高于混凝土的原因；随着温度的增大，纤维桥联作用的弱化、温度裂纹的出现以及水化产物的分解导致材料断裂面粗糙度降低，分形维数逐渐接近于混凝土。     

石材裂纹扩展分形特性

 利用楔形劈裂试验系统观测石材裂纹起裂与扩展，利用应变片系统量测出试件在不同加载速率下裂纹尖端附近裂纹扩展速度的分布及其分形特性。所得结果如下：在考虑不同加载速率下，得到在静态或准静态加载条件下试体的断裂韧性基本上变化不大；但加载速率愈快，裂纹扩展实测平均速度愈高。考虑分形特性，在相同加载速率条件下，所得分形维数越大，则分形裂纹速度也越大，这与理论推导是相符的；分形维数与相关参数(断裂韧性、加载速率)的关系，在静态或准静态加载下近似为一个常数关系。     

采动岩体分形裂隙网络演化规律的试验研究

利用相似材料模拟试验模拟采动岩体裂隙的形成过程和分布状态 ,运用分形几何理论研究采空区冒落带、裂隙带和弯沉带岩体裂隙网络的演化规律。试验结果表明 :采动覆岩裂隙分形维数随工作面推进 ,经历了由小→大→小并趋于稳定的变化过程 ,在工作面推进距离相同情况下 ,冒落带分形维数是裂隙带的 1 0～ 1 2倍 ,裂隙带分形维数是弯沉带的 1 0～ 1 1倍     

压应力对岩石破碎的分维的影响

对不同围压的实验中的砂岩破碎碎屑，用筛析法和比重计法分析砂岩碎屑的分布，发现砂岩破碎碎屑是分形分布。不同围压的实验中，碎屑分布的分维值不同。随着围压（有效压应力）的增加，砂岩破碎碎屑的分维增大。文中解释了砂岩碎屑分维增大的原因，研究了碎屑分形分布的物理机制。     

花岗岩板渐进破坏过程的微观研究

研究了花岗岩板在单轴压缩应力状态下的微观破坏过程。试验主要采用了液压加载台、光学显微镜、同步录象系统以及二次复型技术等。研究发现，花岗岩原开裂是局部发生的，并首先开始于石英颗粒的边界，而这些边界多数位于近轴向。轴向裂纹的发生和发展最终导致样品的劈裂破坏。不同的矿物颗粒表现各自特有的、与其微观结构密切相关的破坏行为。石英在花岗岩的破坏过程中起着极其重要的作用。表面裂纹的分形维数随破坏的发展而持续增加直到样品突然失稳。     

橡胶混凝土梁裂缝分形理论分析

通过实验研究橡胶混凝土梁和普通梁在集中荷载下受弯性能,探讨橡胶粉对混凝土梁的承载力、裂缝宽度的影响。实验结果表明：两种梁表面裂缝分布都具有统汁意义上的自相似性;在同一荷载等级下橡胶混凝土梁的最大裂缝宽度小于普通混凝土最大裂缝宽度,胶粉的加入改善混凝土材料抗裂性能;利用分形理论求出各荷载等级下表面裂缝分维值,并建立起表面裂缝分维值与最大裂缝宽度间关系。     

基于SEM图像分维估算的脆性材料细观结构演化方法研究

借助细观力学试验系统，运用扫描电镜拍摄了不同应力条件下水泥砂浆的实时细观结构图像，综合应用图像分析技术和分形理论，估算了细观结构图像的分形维数，并简要分析了脆性材料的细观结构演化特征。     

地下开挖影响下岩体分形性质演化问题探讨

提出了天然岩体的分形性质;研究并总结了地下开挖影响下岩体初始裂隙分布分维、裂纹扩展或断裂表面生成分维、采动岩体再生裂隙分维等一系列能用分形几何来描述的现象随时间的动态演化规律;揭示了岩体受力变形过程中的应力状态、力学性能、物理和化学性质的演化与其相关分维值的关系;展望了岩体分形性质及其受力演化规律的研究意义,为从更深层次认识岩体变形破坏的非线性、复杂性架起了桥梁,包括岩体动力学演化过程的混沌特征、岩体分形演化力学行为中的突变现象和岩体裂纹演化的协同效应;最后展望了岩体分形性质及其受力演化规律的应用领域及其发展前景。     

黏性土在不同温度下干缩裂缝的发展规律及形态学定量分析

通过试验,研究了黏性土干缩裂缝的发生和发展与温度之间的关系,运用计算机图像处理和编程技术,对不同温度下形成的黏性土干缩裂缝的表面结构特征进行了描述和定量分析。结果表明:土样裂缝的发生和发展过程基本上分三个阶段,在裂缝出现时,土样失水率有上升趋势;温度对黏性土表面裂缝节点个数、裂缝长度、裂缝条数、块区个数、块区的最可几面积、裂缝率和裂隙网络的分维数等参数有重要影响;块区面积分布函数的峰值随温度的升高而减小。